Все выпуски

[ Switch to English ]

Персонализация математических моделей в кардиологии: трудности и перспективы

Василевский Ю.В., Симаков С.С., Гамилов Т.М., Саламатова В.Ю., Добросердова Т.К., Копытов Г.В., Богданов О.Н., Данилов А.А., Дергачев М.А., Добровольский Д.Д., Косухин О.Н., Ларина Е.В., Мелешкина А.В., Мычка Е.Ю., Харин В.Ю., Чеснокова К.В., Шипилов А.А.
 pdf (2013K)

Большинство биомеханических задач, представляющих интерес для клиницистов, могут быть решены только с помощью персонализированных математических моделей. Такие модели позволяют формализовать и взаимоувязать ключевые патофизиологические процессы, на основе клинически доступных данных оценить неизмеряемые параметры, важные для диагностики заболеваний, спрогнозировать результат терапевтического или хирургического вмешательства. Использование моделей в клинической практике накладывает дополнительные ограничения: практикующие врачи требуют валидации модели на клинических случаях, быстроту и автоматизированность всей расчетной технологической цепочки от обработки входных данных до получения результата. Ограничения на время расчета, определяемые временем принятия врачебного решения (порядка нескольких минут), приводят к необходимости использования методов редукции, корректно описывающих исследуемые процессы в рамках численных моделей пониженной размерности или в рамках методов машинного обучения.

Персонализация моделей требует пациентоориентированной оценки параметров модели и создания персонализированной геометрии расчетной области и построения расчетной сетки. Параметры модели оцениваются прямыми измерениями, либо методами решения обратных задач, либо методами машинного обучения. Требование персонализации моделей накладывает серьезные ограничения на количество настраиваемых параметров модели, которые могут быть измерены в стандартных клинических условиях. Помимо параметров, модели включают краевые условия, которые также должны учитывать особенности пациента. Методы задания персонализированных краевых условий существенно зависят от решаемой клинической задачи, зоны ее интереса и доступных клинических данных. Построение персонализированной области посредством сегментации медицинских изображений и построение расчетной сетки, как правило, занимают значительную долю времени при разработке персонализированной вычислительной модели, так как часто выполняются в ручном или полуавтоматическом режиме. Разработка автоматизированных методов постановки персонализированных краевых условий и сегментации медицинских изображений с последующим построением расчетной сетки является залогом широкого использования математического моделирования в клинической практике.

Цель настоящей работы — обзор и анализ наших решений по персонализации математических моделей в рамках трех задач клинической кардиологии: виртуальной оценки гемодинамической значимости стенозов коронарных артерий, оценки изменений системного кровотока после гемодинамической коррекции сложных пороков сердца, расчета характеристик коаптации реконструированного аортального клапана.

Ключевые слова: вычислительная биомеханика, персонализированная модель
Цитата: Василевский Ю.В., Симаков С.С., Гамилов Т.М., Саламатова В.Ю., Добросердова Т.К., Копытов Г.В., Богданов О.Н., Данилов А.А., Дергачев М.А., Добровольский Д.Д., Косухин О.Н., Ларина Е.В., Мелешкина А.В., Мычка Е.Ю., Харин В.Ю., Чеснокова К.В., Шипилов А.А. Персонализация математических моделей в кардиологии: трудности и перспективы // Компьютерные исследования и моделирование, 2022, т. 14, № 4, с. 911-930
Citation in English: Vassilevski Y.V., Simakov S.S., Gamilov T.M., Salamatova V.Yu., Dobroserdova T.K., Kopytov G.V., Bogdanov O.N., Danilov A.A., Dergachev M.A., Dobrovolskii D.D., Kosukhin O.N., Larina E.V., Meleshkina A.V., Mychka E.Yu., Kharin V.Yu., Chesnokova K.V., Shipilov A.A. Personalization of mathematical models in cardiology: obstacles and perspectives // Computer Research and Modeling, 2022, vol. 14, no. 4, pp. 911-930
DOI: 10.20537/2076-7633-2022-14-4-911-930
URL: http://crm.ics.org.ru/journal/article/3233/
Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.

Журнал индексируется в Scopus

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в систему  Российского индекса научного цитирования.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Copyright © 2009–2024 Институт компьютерных исследований